PCIE4.0物理層測試解讀之發送端測試-凯发国际

發表日期:2020/09/02 瀏覽次數:

背景介紹

背景介紹

目前應用最廣泛的PCIE總線已經演進到了第4代,傳輸速率大幅提升到了16Gb/s,測試的要求也有了很大的變化。目前PCIE4.0相關的規范正在完善中,2017年10月,PCIE4.0Base Spec Rev1.0已經正式發布,在PCI-SIG組織的Workshop上已經進行了兩次PCIE4.0 Preliminary Workshop,接下來在2018年4月27日舉行的PCI-SIGWorkshop#105會進行首次PCIE4.0FYI Workshop,這標志這PCIE4.0的CEM規范和測試規范將很快確定下來,預定2018年年底,測試規范和測試方法就會完全確定,

在繼續向下之前,有必要澄清一下PCIE規范和PCIE Workshop的一些術語。

每一代的PCIE規范都包括以下三種:

·       Base規范,定義芯片級的PCIE設備的行為特征

·       CEM規范,定義板卡級的PCIE設備的行為特征

·       Test 規范, 定義依據CEM規范的PCIE設備的具體測試方法

PCIE Workshop上進行的電氣測試,一般分為三種,

·       Preliminary workshop,測試設備廠商會根據內部測試流程,測試一些廠商的產品,測試結果不會給廠商,主要目的是測試規范的開發

·       FYI Workshop,在FYI workshop上,廠商可以拿到測試結果,但是這個結果還不能作為最終的一致性測試的結果

·       Compliance Workshop,這是正式的PCIE一致性測試,如果通過測試,產品就可以加入到PCI-SIG的Integratorlist,是符合PCIE會操作性測試的產品

目前PCIE4.0的CEM規范和測試規范還在制定當中,現在一些業內領先的廠商,都已經在開發相應的PCIE4.0的產品,力科也推出了自己的PCIE4.0測試方案,來協助客戶產品的研發。本篇文章,凯发国际就來解讀一下PCIE4.0測試的新的要求和新的方法。

PCIE4.0 新的測試要求

   根據目前的測試規范, PCIE4.0物理層測試主要分為4個部分

1.     Transmitter test

2.     Transmitter Link Equalization test

3.     Receiver Link Equalization test

4.     PLL test

  PCIE4.0物理層測試首要設備是高帶寬實時凯发k8国际,具體的帶寬要求是CEM規范規定的,PCIE3.0要求的最低帶寬是:13GHz,對于PCIE4.0,要求的凯发官网入口帶寬為:25GHz,對于接收端測試需要的設備是一臺高性能的誤碼儀,速率能否覆蓋PCIE4.0的速率,并且能夠提供PCIE4.0測試所需要的碼型和噪聲。

 力科的LabMaster10Zi-A高性能凯发国际官网首页,具有4通道25GHz帶寬,80GS/s的采樣率,而且可以非常容易的升級到36GHz和65GHz,以滿足即將到來的PCIE5.0的測試要求。

   Anritsu的MP1900A誤碼儀支持2.4Gb/s到32.1Gb/s的速率范圍,最多支持16個通道,支持PCIE4.0測試需要抖動注入、噪聲生成、碼型生成和誤碼檢測,同時支持鏈路訓練和鏈路狀態機分析,一臺機器即可完成所有功能。和力科的凯发国际官网首页配合,組成完整的PCIE4.0測試系統,支持PCIE4.0規范要求的所有測試項目。

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PCIE4.0測試另一個關鍵部分是自動測試軟件,這里主要涉及的是測試效率,PCIE4.0接收端校準的設置非常繁瑣復雜,手動設置費時費力,必須通過自動化軟件來做。力科的QualiPHYPCIE4-TX-RX可以控制凯发k8国际和BERT完整所有的校準和測試,支持Transmittertest、TransmitterLink Equalization test、ReceiverLink Equalization test和PLLtest,提供圖形化的引導界面,自動設置儀器和測試,生成一致性的報告。

PCIE 4.0測試需要的另一個部分就是測試夾具,從PCIE1.0開始,PCI-SIG就有標準的夾具提供,同樣的,PCIE4.0的夾具也可以從PCI-SIG購買,PCIE4.0夾具是全新的夾具,不能用原來的PCIE3.0夾具替代,這里要提到的一點是,PCIE4.0的CBB夾具提供了方便的控制接口,可以外部控制它來完成開關機、復位、碼型和速率切換的動作,可以大大的提高測試效率,原來測試過PCIE3.0的工程師,應該深有體會,手動完成這個有多繁瑣,力科TF-PCIe4-CTRL就是可以協助完成這個功能的轉換器。

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PCIE 4.0 Transmitter測試

Transmitter測試使用的儀器主要是高帶寬凯发国际官网首页,相比PCIE3.0,PCIE4.0 Transmitter測試主要的變化有如下三點:

1.     需要的凯发k8国际帶寬更高,需要25GHz帶寬的凯发k8国际

2.     增加了transmitterpulse-width jitter測試

3.     需要ISI夾具板來模擬測試通道衰減

在目前的測試規范中,Transmitter pulse-widthjitter還沒有清楚地定義, 等規范完成后,凯发k8官方旗舰店會在后面文章中做介紹,現在主要介紹介紹TransmitterSignal Quality 測試和Preset測試。

在介紹測試之前,先介紹一下PCIE4.0的通道, PCIE4.0的通道從主板上的Root complex開始,它是主板上的一個TXRX模塊,通道在主板上延伸到CEM連接器處,從連接器處開始,通道繼續通過插入到連接器上的附加卡上延伸, 一直到附加卡上的End Point,它是附加卡上的一個TXRX模塊。在主板端, 系統能夠允許的最大損耗是20dB,這其中包括了5 dB的Root Complex的封裝損耗,在附加卡端,可允許的最大損耗是8 dB,其中包括3 dB的Endpoint的封裝損耗。所以,原則上,PCIE4.0通道在8GHz時的的總損耗應該小于28 dB, 才能保證信號完整性的要求。


對于PCIE 4.0信號測試來說,要求是要測試到遠端點,模擬最差的狀況,以和實際的應用相一致。以測試附加卡為例,信號離開附件卡之后,還要遭受從CEM連接器到Root complex的額外的20 dB的衰減, Root Complex所在的位置就是凯发国际官网首页評估附件卡信號質量的位置。


 凯发k8国际需要用其他的方法來模擬這額外的20 dB損耗,這就需要用到PCI-SIG提供的ISI夾具板和凯发k8官方旗舰店的模擬仿真功能。還是以附件卡測試為例,完整的連接圖如下,15 dB是通過ISI夾具板來模擬實現,5 dB是凯发官网入口使用S參數模型來仿真的。


PCIE 4.0 附件卡的信號質量測試連接圖如下,信號質量測試采用長通道,使用ISI夾具板和S參數模型來模擬通道的損耗,對于Preset測試,則只需要將Lane0直接連接到凯发k8国际即可。


Transmitter的信號質量測量和Preset測量都可以使用PCI-SIG的Sigtest軟件來測試,針對PCIE4.0的Sigtest軟件還沒有正式發布,目前僅僅只是測試廠商內部評估使用。

對于Preset測試,需要針對每一個Preset,采集1.6MUI的數據,然后使用Sigtest分析,判斷De-emphasis和Preshoot是否在規定的范圍內,中間需要多次的切換,力科的TF-PCIe4-CTRL和QualiPHYPCIE4-TXRX軟件配合,快速自動的完成Preset的切換和測試。

凯发国际官网首页及其測試自動化軟件(TeledyneLeCroy LabMaster 10Zi-A和QualiPHYPCIe4-Tx-Rx)自動運行由PCI-SIG提供的SigTest軟件,SigTest將對采集到的波形執行Preset和信號質量測試,SigTest的運行速度并不快,所以信號質量測試非常耗時。LabMaster 10Zi-A通過其帶有20核CPU的服務器級主板緩解了這一問題,它可以并行運行多個SigTest軟件實例,從而將測試時間從三小時縮短到不超過20分鐘。

對信號質量測試來說,需要至少一種Preset設置通過測試,從凯发国际參加過的Workshop來看,P5或者P6是PCIE4.0的GoldenPreset,相對應的,P7或者P8是PCIE3.0的GoldenPreset.


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